6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton
1
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
6.
Í
Í
Ï
Ï
Î
Î
CHARAKTERYSTYKI SKUTKÓW KLIMATYCZNYCH NA
DOJRZEWAJĄCY BETON
6.1 Wpływ czynników klimatycznych na świeżą mieszankę betonową
Zgodnie z powszechnie znanymi badaniami wielu autorów wzrost temperatury powoduje szybsze
twardnienie zaczynu cementowego. W warunkach krajowych normowe zaczyny cementowe badane przy
temp. otoczenia 18
0
C +/- 20
0
C wykazują następujące czasy początku wiązania:
- cementy portlandzkie 35: od 2 godz., 10 min., do 5 godz., 5 min.
- cementy portlandzkie 45 i cementy szybko twardniejące: od 1 godz., 55 min., do 3 godz.
Zwykłe cementy portlandzkie produkowane za granicą (USA) charakteryzują się czasami początku
wiązania zaczynu z przedziału 1 godz., 50 min., do 2 godz. Wpływ wzrostu temp. na skrócenie czasu po-
czątku wiązania zaczynów jest wyraźne. Autorzy zagraniczni, m.in. J. Brocard podają następujące czasy
początku wiązania zaczynów z cementem portlandzkim przy zmieniających się temp. zaczynu:
- 15
0
C – 3godz.., 15 min.
- 30
0
C – 2godz., 40 min.
- 50
0
C – 1 godz., 15 min.
- 70
0
C - 30 min.
Początek wiązania świeżego betonu w stosunku do zaczynu może być opóźniony, o ile wskaźnik wodo
cementowy betonu jest wyższy od wskaźnika wodo cementowego zaczynu. W przypadku wskaźnika W/C
w betonie z przedziału 0.3-0.6 współczynnik opóźnienia czasu początku wiązania w stosunku do zaczynu
waha się od 0.7 do 1.8 .
Rys. 6.1
Zmiana konsystencji betonu wraz ze wzrostem temperatury
Konsekwencją wzrostu temperatury wyprodukowanej i transportowanej mieszanki betonowej jest zmia-
na jej konsystencji. Zmiany konsystencji mieszanki – w okresie od jej wyprodukowania do ułożenia (a
więc w ciągu około 40 min.) – poddanej działaniu wzrastających temp. (od 10
0
do 50
0
C) mierzonej wielko-
ścią opadu stożka (wg. następującej skali: konsystencja plastyczna od 0 – 0.07 półciekła 0.07 – 0.15 m.,
ciekła powyżej 0.15 m.) pokazano na rys. 6.1 (krzywa a). Zachowanie projektowane urabialności wymaga
w takim przypadku uzupełnienia straconej wody. Zwiększenia ilości wody można wykonać wykorzystując
dane z krzywej b. Ilustruje ona procentowy wzrost ilości wody przy przewidywanej zmianie konsystencji,
6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton
2
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
mierzonej wielkością opadu stożka o 2.5 cm. Znając warunki prowadzenia robót oraz przewidując, na pod-
stawie krzywej a, możliwą zmianę konsystencji z tytułu działania wysokich temp., można z krzywej b obli-
czyć procentowe zwiększenie wody zarobowej. Przy założonej z góry konsystencji mieszanki betonowej
(opad stożka o 7.5 cm) i zmiennych temp. otoczenia zwiększenie ilości wody można odczytać z rys. 6.2.
Zjawisko utraty wody z ułożonej już mieszanki potęgują dodatkowo wiatry oraz niedosyt wilgotności. Zna-
jąc temp. powietrza, wilgotność względną pow., temp. betonu i prędkość wiatru można z wykresu przed-
stawionego na rys. 6.3 odczytać ubytek wody w ciągu godz. Z 1 m2 zabetonowanej pow. Szczególnie nie-
korzystnie na wielkość wyparowania działa wiatr. Wielkość wyparowania wody większa od 0,5 kg/m2 w
ciągu godz. zmusza wykonawcę do podjęcia środków ostrożności przeciw zmianie konsystencji mieszanki
(rys. 6.1a), przedwczesnemu wysuszeniu betonu i zjawiskom skurczowym.
Rys. 6.2
Wzrost zapotrzebowania wody zarobowej wraz ze wzrostem temperatury
Zmniejszenie się – pod wpływem zwiększających się temperatur – parcia mieszanki betonowej na
deskowanie. Parcie poziome można wyrazić wzorem:
Pm = 38,88 Vm*n
1
*n
1
*n
3
KN/m
2
Vm - prędkość układania mieszanki w deskowaniu, m/godz,
n1 - współczynnik zależny od konsystencji mieszanki,
n2 - współczynnik zależny od temperatury mieszanki,
n3 - współczynnik zależny od składu mieszanki, nie komentowany szerzej ze względu na nieza-
leżność od warunków klimatycznych.
Określone dla warunków normalnych wielkości parcia poziomego na deskowanie o wysokości 2,5
m wahają się- w zależności od prędkości układania i konsystencji mieszanki – od 23 KN do 45
KN (tj.2300kg i 4500 kg) na 1 m
2
pow. deskowania.
6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton
3
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
Rys. 6.3
Wyznaczenie ilości wyparowanej wody zarobowej z betonu przy zmiennych temperaturach, wil-
gotnościach względnych powietrza i prędkościach wiatru
6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton
4
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
6.2 Wpływ wzrostu temperatur na wytrzymałość betonu w okresie początkowym po 28
dniach dojrzewania
Decydujący wpływ na przebieg procesu narastania wytrzymałości mają: tempera, czas tężenia i ilość
wody będącej do dyspozycji uwadnianego cementu. Wykonywa w warunkach normalnych betony żwirowe
na cementach portlandzkich i dojrzewające w temperaturach od 1
0
C do 25
0
C wykazują stałą tendencję
przyrostową wytrzymałości. Przy wyższych temp. dynamika przyrostów wytrzymałości w początkowym
okresie jest jeszcze wyższa, lecz w późniejszych okresach dojrzewania (po 10 dniach od momentu ułoże-
nia) obserwuje się systematyczne zaniżanie wytrzymałości w stosunku do betonów dojrzewających w
temp. 18
0
C+/- 2
0
C.
Związki między temp. okresami dojrzewania i procentowymi przyrostami wytrzymałości ilustruje rys.
6.4a.
a) b)
Rys. 6.4
Związki między temperaturą, czasem dojrzewania i procentowymi przyrostami wytrzymałości :
a) przyrosty wytrzymałości betonu przy różnych temperaturach,
b) względne przyrosty wytrzymałości betonu przy przyjęciu dojrzewania w temperaturze + 23
°
C
za 100
%
Z wykresu 6.5 odczytać można bezwzględne przyrosty betonu wytrzymałości ( w MPa ) po 1 i 28
dniach dojrzewania w zależności od temperatury.
Studiując wykresy można więc stwierdzić, że „bezpieczna” temperatura mieszanki betonowej wynosi
około 32
0
C bowiem przy tej temp. zaniżenia wytrzymałości po 28 dniach są minimalne (rzędu kilku%).
6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton
5
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
Rys. 6.5
Wytrzymałość betonu po 1 i 28 dniach w zależności od temperatury
Przyczyny zaniżeń wytrzymałości w stosunku do tężenia betonu w warunkach normalnych doszuki-
wać się należy w szybszym wyparowywaniu ze świeżej mieszanki oraz gwałtowniejszej hydratacji. Prowa-
dzi to do przyspieszonego wiązania i niższej wytrzymałości stwardniałego betonu, ponieważ utworzony z
żelu szkielet jest mniej jednorodny.
6.3 Skurcz betonu i zarysowanie zaformowanej powierzchni
Na skutek odparowania wody z pow. ułożonego betonu tworzy się w przekroju betonowym nie-
równomierne pole wilgotności, a warstwy betonu znajdujące się bliżej pow. mają mniejszą wilgotność od
warstw położonych głębiej. Różnice wilgotności wywołujące skurcz betonu powodują występowanie w
górnych warstwach naprężeń rozciągających σ
r
zgodnie z zależnością :
σ
r
= β * Er * ∆u
gdzie: ß – jednostkowe odkształcenie betonu np. w m/m wywołane jednostkową zmianą
wilgotności wagowej kg/kg przy równomiernym wysychaniu
Er – moduł odkształcenia tężejącego betonu,
∆u – różnica wilgotności wagowej Ukr – Uτ
Szczególnie niebezpieczne jest parowanie z konstrukcji o dużym module pow. wyparowania m (m=
F/V, m
-1
, gdzie F jest pow., a V objętością elementu; przyjęto przy tym, że m<2 odnosi się do konstrukcji
masywnych, 2< m < 15 dla średniej masywności, m> 15 dla nie masywnych). W takich przypadkach straty
wody w wyniku wyparowania są na ogół większe od ilości wody dopływającej z wnętrza betonu i po krót-
kim okresie U<Ukr. Prowadzi to do powstawania w tych elementach rys, jeśli występujące naprężenia roz-
ciągające przekroczą wytrzymałość betonu na rozciąganie. Powyższe spostrzeżenia potwierdzają wyko-
nawcy robót betonowych w Iraku. Na betonowych pow. kanałów melioracyjnych o grubości płyt 0.09m.
6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton
6
Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.
Alma Mater
pojawiają się rysy mimo zabezpieczeń pow. powłokami syntetycznymi i nawilgacania podłoża przed beto-
nowaniem.
Za warunki krytyczne uważa się przypadki, gdy wielkość wyparowania wody ze świeżego betonu
przekracza 0.98 kg/m
2
/godz. przy prędkości wiejącego wiatru V> 16km/godz. Widok gruntu w Iraku w
porze suchej oraz skurczu betonu ułożonego na pustyni pokazano na rysunkach 6.6 i 6.7.
Rys. 6.6
Spękana gleba w porze suchej
Rys. 6.7
Charakterystyczny skurcz betonu ułożonego na pustyni przy wysokich temperaturach otoczenia.
Zjawisko podobne do pękania gleby